手机套片呈现新特点

3G手机套片呈现新特点
水清木华研究中心 周彦武     2006.08.15
CDMA 2000 1x、1x EV-DO、1x EV-DV和WCDMA制式的手机通常被业界定义为3G手机。而目前CDMA 2000制式的手机销量已经很低，基本上可以忽略不计。目前全球销售的CDMA和WCDMA手机中，95%以上都是3G手机。2005年全球CDMA和WCDMA手机销量大约为2.1亿部，占全球手机总销量7.95亿部的26.4%，2006年上半年全球CDMA和WCDMA手机销量大约为1.35亿部。
高通占据统治地位
手机的核心芯片通常也叫平台芯片，业内叫套片。3G手机的套片大部分被高通垄断。2005年高通的3G套片出货量达到1.51亿套，市场占有率至少是75%。iSuppli提供的数据是26%，我们认为这显然存在错误，因为以26%的市场占有率推断，2005年全球3G手机出货量至少达到5.8亿部，那我们就提前进入3G时代了，这显然与事实不符。而2006年上半年高通3G套片的出货量达到1.05亿套，市场占有率进一步提高到77.8%。
高通拥有CDMA制式的核心专利，但是高通仍然授权其他厂家生产3G套片。这些厂家包括德州仪器、NEC、杰尔、富士通、飞利浦、朗讯、瑞萨、英飞凌、Eonex、Icera、爱立信、Broadcom、摩托罗拉和中国台湾的威盛。不过这些厂家每生产1套芯片都需要向高通支付专利使用费，高通从未公开过专利使用费的数额。
高通这样做只是为了避免垄断的嫌疑，然而实际上，在向高通支付专利费后，这些厂家产品的竞争力就大大下降，很难对外销售，通常都用在厂家自己的产品上或者联合其他厂家共同开发手机产品。例如德州仪器，诺基亚所有的WCDMA手机套片都是和德州仪器联合开发的。爱立信和NEC生产的3G套片也都用在自己的手机上。而继承摩托罗拉半导体事业的飞思卡尔则包揽了摩托罗拉3G手机套片的生产。
有些厂家不愿意联合或单独开发套片，原因或许在于这些厂家没有能力，这些厂家直接购买高通的套片，包括三星、LG、明基西门子、LG、东芝、Option、三洋、Novatel、Sierra Wireless、华为、中兴。
射频收发器成重中之重
3G手机套片通常包括3片芯片，一片是射频收发器(如果是多模手机，需要多片收发器)、一片是基频芯片、一片是电源管理芯片。如最常见的MSM6250套片包括MSM6250基频芯片、PM6650电源管理芯片、WCDMA(2100MHz)收发器芯片RFR6250、GSM(850MHz\900MHz\1800MHz\1900MHz)收发器芯片RTR6250、WCDMA(2100MHz/800MHz)收发器芯片RFL6202、GSM(900MHz/1800MHz)收发器芯片RGR6200。
3G手机目前不可能实现单芯片，实际上无论是2G还是3G时代，手机根本无法实现单芯片，另一方面也没有实现单芯片的必要。手机里的各个部分对半导体制造工艺需求都不同，数字基频需要使用高集成度的CMOS工艺，模拟基频可能需要使用集成度不高的BiCMOS工艺，射频收发器通常使用SiGe BiCMOS工艺，功率放大器则需要使用GaAs工艺，将这几种工艺集成到一个芯片里，成本恐怕比分开做4个芯片合起来的成本还高，而且实现起来非常困难。除非降低手机的稳定性和最基本的性能，可以勉强做到2G的单芯片，不过稍微大一点的手机厂家都不会采用这种设计，目前2G手机使用的芯片数至少是5片以上，为了追求高度稳定，诺基亚一般都使用7片以上的芯片。2G尚且如此，更遑论3G实现单芯片了。
目前3G芯片的发展主要集中在射频收发器领域。早期射频收发器领域多采用SiGe BiCMOS工艺，多模手机可能需要采用多达4-6片芯片。现在技术有向RF CMOS工艺发展的迹象，多模手机的射频收发器大约需要2-4片芯片。高通在收购Berkana后，大力采用RF CMOS工艺，甚至是最先进的65纳米RFCMOS工艺。老牌厂商如飞利浦、飞思卡尔、意法半导体和瑞萨仍然坚持使用传统工艺，主要是SiGe BiCMOS工艺，诺基亚仍然大量使用意法半导体的射频收发器。据分析，手机大厂对RF CMOS仍然持有保留意见，中国厂家、三星、LG则比较乐意接受这一新事物。
基频芯片向多内核发展
多媒体和游戏将会耗费很多的MIPS，性能强大的多媒体应用可能会消耗200MIPS，游戏也有可能消耗200MIPS。手机基频DSP分配给多媒体应用的MIPS大约在150-600MIPS之间，而基频DSP处理WCDMA协议下的通信信号需要大约150-200MIPS的性能。
按照WCDMA最低下限，我们可以计算出基频处理器大约需要100MIPS的性能，再加上最低250MIPS左右的多媒体应用，WCDMA基频最低性能应该达到350MIPS。最常用的DSP内核TMS320C54X显然已经不能胜任。目前最高性能的DSP内核TMS320C55X则勉强可以，为了留出一定的性能冗余，最好另外搭配应用处理器。
在德州仪器或者其他公司没有开发出性能更强的DSP之前，高速率的WCDMA手机应该采用DSP+ARM+应用处理器的形式。这个应用处理器可以是独立的一只芯片，也可以是一个多媒体加速器引擎。
3G的另一个转变是大部分中高端手机都要采用操作系统，操作系统需要以ARM为内核的微处理器支持。也就是说未来3G手机的基频可能有2个DSP，2个ARM内核。一个DSP针对通讯，另一个DSP针对应用。一个ARM针对通讯协议和人机界面，另一个ARM针对操作系统。
德州仪器于2005年底推出了唯一一款面向多用户的WCDMA基频处理器--OMAPV2230。其中ARM1136负责运行操作系统，ARM9负责通讯协议栈2、3层软件的运行，TMS320C55X负责通讯协议栈物理层，IVA2负责多媒体加速。
重点开拓TD-SCDMA的公司有ADI、天碁科技、展讯、重邮信科、凯明。不过现在的TD-SCDMA芯片多采用FPGA加DSP的形式，而非CDMA和WCDMA领域的ASIC，成本还比较高，用于基站比较合适